[发明专利]一种双波长法定量检测碳14同位素的装置及光谱仪

说明书

本发明提供了一种双波长法定量检测碳14同位素的装置及光谱仪，通过将两路波长不同的中红外激光锁定在一个样品室的光腔上，保证两路光共线，通过腔长调节单元调节光腔的腔长，以调谐光腔的模式频率，进而调谐两路中红外激光的频率，使两路中红外激光的频率与目标同位素分子的不同能级同时匹配；在中红外激光频率和目标同位素分子能级同时匹配之后，目标同位素分子被两路中红外激光同时激发，探测第二中红外激光经过所述光腔的光腔输出信号。也就是说，由于目标同位素分子的激发和光谱的探测需要两路激光与目标同位素分子的不同能级同时匹配，这就大大提高了光谱检测的选择性，从而提高光谱分辨能力，即实现了对目标同位素分子的选择和分辨。

技术领域

本发明涉及光谱检测技术领域，更具体地说，涉及一种双波长法定量检测碳14同位素的装置及光谱仪。

背景技术

碳14同位素作为自然界中唯一的放射性碳同位素，其半衰期大约为5730年，主要是通过宇宙射线与地球大气中氮气作用产生，在地球大气中的同位素丰度仅为10^-12。

地球大气中碳14主要以¹⁴CO₂气体形式存在，通过全球生物碳循环扩散，其含量基本稳定，被广泛应用于年代测定和示踪、司法鉴定、环境监测和药物代谢等领域。

目前，激光光谱法是检测碳14同位素的重要方法之一，在碳14同位素的定量检测中具有极大的应用潜力。其主要测量原理是将样品控制在220K的低温下，用光腔衰荡光谱方法来测量碳14同位素的光谱信号。

但是，该激光光谱法受限于光谱本身的多普勒线宽，不能有效分辨碳14同位素和其它碳同位素、碳14同位素和其它分子同位素的光谱，即难以实现精确的定量测量。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种双波长法定量检测碳14同位素的装置及光谱仪，技术方案如下：

一种双波长法定量检测碳14同位素的装置，所述装置包括：第一激光源、第二激光源、第一激光锁定模块、第二激光锁定模块、样品室以及信号探测模块；

所述第一激光源用于输出连续的第一中红外激光；所述第二激光源用于输出连续的第二中红外激光；所述第一中红外激光和所述第二中红外激光的波长不同；

所述第一激光锁定模块用于将所述第一中红外激光锁定在所述样品室的光腔上；所述第二激光锁定模块用于将所述第二中红外激光锁定在所述样品室的光腔上；

所述样品室至少包括腔长调节单元；

所述腔长调节单元用于调节所述光腔的腔长，以调谐所述光腔的模式频率，进而调谐所述第一中红外激光和所述第二中红外激光的频率，使所述第一中红外激光的频率以及所述第二中红外激光的频率与目标同位素分子的不同能级同时匹配；

所述信号探测模块用于在激光频率和目标同位素分子能级同时匹配之后，探测所述第二中红外激光经过所述光腔的光腔输出信号。

优选的，在上述装置中，所述第一中红外激光的调谐带宽大于1MHz；

所述第二中红外激光的调谐带宽大于1MHz。

优选的，在上述装置中，所述第一激光锁定模块用于将所述第一中红外激光锁定在所述样品室的光腔上，包括：

所述第一激光锁定模块用于对所述第一中红外激光的频率和相位进行调制和解调制，并产生误差信号；

所述第一激光锁定模块还用于依据所述误差信号产生负反馈信号，以控制所述第一中红外激光的频率，以使所述第一中红外激光锁定在所述样品室的光腔上；

所述第二激光锁定模块用于将所述第二中红外激光锁定在所述样品室的光腔上，包括：